腐殖酸及土壤团聚体结构对重金属Cd的吸附行为实验研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jj__yy
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土壤Cd(Ⅱ)污染是土壤重金属污染的首要污染物,了解其在土壤中的形态分布和迁移转化可以为土壤重金属Cd(Ⅱ)的修复与防治提供一定的理论依据。土壤有机质和土壤矿物是土壤组成的重要部分,对重金属的吸附起到重要作用。因此本研究通过湿筛-虹吸法将土壤分离为四种不同粒径大小的团聚体(0.25-0.05mm细砂粒级、0.05-0.02mm粗粉粒级、0.02-0.002mm粉砂粒级、<0.002mm黏粒级),分析经过氧化氢处理前后,各粒级团聚体的组成性质差异;并通过混合正交实验分析了各因素对腐殖酸-团聚体吸附重金属Cd(Ⅱ)的显著性及各因素的最优水平,单因素实验深入研究了腐殖酸-团聚体吸附镉的影响;进一步分析了外源Cd(Ⅱ)在不同含量的腐殖酸团聚体中的老化机制,为评价重金属在土壤中的形态、迁移、转化提供理论基础。主要研究结果如下:(1)供试土壤的p H呈弱碱性,有机质含量低,以细砂粒级团聚体为主,小粒径团聚体占比较低,随着团聚体粒径的减小,其有机质含量、游离氧化铁含量、CEC含量和黏土矿物含量均升高。大粒径团聚体的有机质以碳水化合物为主,过氧化氢去除的有机质主要为土壤颗粒表层有机质,粒径越小的团聚体有机质去除率越低,表明小粒径团聚体的有机质化学稳定性更强。(2)混合正交实验结果表明:溶液中重金属Cd(Ⅱ)初始浓度、温度、腐殖酸含量和团聚体对土壤团聚体吸附重金属Cd(Ⅱ)的性能有显著性影响,吸附量达到最大值时的条件为:p H为7,重金属Cd(Ⅱ)初始浓度为80mg/L,腐殖酸含量为3%,温度为40℃,团聚体为黏粒级团聚体。(3)考察了不同因素下腐殖酸-团聚体对重金属Cd(Ⅱ)的吸附效应。在温度为30℃时,p H为7达到最大吸附量;不同腐殖酸含量对团聚体吸附Cd2+有显著影响,在腐殖酸含量为3%时,吸附效果最显著。吸附热力学研究表明Cd2+在全土及各粒级团聚体上的吸附是一个自发的熵增推动的吸热过程。吸附等温模型可用Freundlich模型较好的描述,分离因子RL<1,表明该吸附是一个优惠吸附,具有较强吸附能力,准二级动力学能较好描述全土及各粒级团聚体对Cd2+的吸附过程,准一级动力学方程和Elovich方程均能较好的描述全土及各粒级团聚体对Cd2+的前60min的吸附过程。Cd2+在土壤颗粒上的吸附是物理吸附和化学吸附并存的过程,全土、细砂粒级团聚体、粗粉粒级团聚体对Cd2+的吸附主要为物理吸附,粉砂粒级团聚体、黏粒级团聚体则主要为化学吸附。(4)外源Cd(Ⅱ)在不同腐殖酸含量的团聚体中的老化,有效态的变化趋势相同,前7天有效态镉含量快速下降,7天后下降减缓,30天基本达到稳定状态。有效态镉含量达到稳定时,随着土壤团聚体粒径的减小,土壤团聚体中有效态镉含量降低,黏粒级团聚体有效态镉含量最低;HA对外源Cd(Ⅱ)具有活化作用,在HA含量为1%时活化效果最强,随着HA含量的增大活化效果减弱。老化90天后的形态分析表明HA含量为3%时钝化效果最好,随着团聚体粒径的减小残渣态镉含量升高,弱酸提取态镉含量降低。Cd(Ⅱ)主要与腐殖酸-土壤颗粒上的含氧双键和含氧单键形式络合而被固定,Cd(Ⅱ)在细砂粒级团聚体和粗粉粒级团聚体中的老化以非专性吸附为主,与镉的结合态可能为Cd2SO4(OH)2或Cd SO3;在粉砂粒级团聚体和黏粒级团聚体中的老化以专性吸附为主,与镉的结合态主要为Cd SO4。
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